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                2018-10-09
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        <h3 id="Java语言中的线程安全等级"><a href="#Java语言中的线程安全等级" class="headerlink" title="Java语言中的线程安全等级"></a>Java语言中的线程安全等级</h3><blockquote>
<p>按照线程安全的“安全程度”由强至弱来排序,我们 可以将Java语言中各种操作共享的数据分为以下5类:不可变、绝对线程安全、相对线程安全、线程兼容和线程对立。 </p>
</blockquote>
<ol>
<li>不可变：如final关键字 定义的数据不可修改，可靠性最高</li>
<li>绝对线程安全：绝对的线程安全完全满足Brian Goetz给出的线程安全的定义,这个定义其实是很严格的,一个类要达到“不管运行时环境如何,调用者都不需要任何额外的同步措施”通常需要付出很大的,甚至有时候是不切实际的代价。</li>
<li>相对线程安全：相对的线程安全就是我们通常意义上所讲的线程安全,它需要保证对这个对象单独的操作是线程安全的,我们在调用的时候不需要做额外的保障措施,但是对于一些特定顺序的连续调用,就可能需要在调用端使用额外的同步手段来保证调用的正确性，在Java语言中,大部分的线程安全类都属于这种类型,例如Vector、HashTable、Collections的synchronizedCollection()方法包装的集合等</li>
<li>线程兼容：线程兼容是指对象本身并不是线程安全的,但是可以通过在调用端正确地使用同步手段来保证对象在并发环境中可以安全地使用,我们平常说一个类不是线程安全的,绝大多数时候指的是这一种情况</li>
<li>线程对立：线程对立是指无论调用端是否采取了同步措施,都无法在多线程环境中并发使用的代码。由于Java语言天生就具备多线程特性,线程对立这种排斥多线程的代码是很少出现的,而且通常都是有害的,应当尽量避免</li>
</ol>
<h3 id="线程同步的实现方法"><a href="#线程同步的实现方法" class="headerlink" title="线程同步的实现方法"></a>线程同步的实现方法</h3><p><strong>互斥同步</strong>：互斥同步(Mutual Exclusion&amp;Synchronization)是常见的一种并发正确性保障手段。同步是指在多个线程并发访问共享数据时,保证共享数据在同一个时刻只被一个(或者是一些,使用信号量的时候)线程使用。而互斥是实现同步的一种手段,临界区(CriticalSection)、互斥量(Mutex)和信号量(Semaphore)都是主要的互斥实现方式。因此,在这4个字里面,互斥是因,同步是果;互斥是方法,同步是目的。</p>
<blockquote>
<p>引申：jvm执行monitorenter指令时,首先要尝试获取对象的锁。如果这个对象没被锁定,或者当前线程已经拥有了那个对象的锁,把锁的计数器加1,相应的,在执行monitorexit指令时会将锁计数器减1,当计数器为0时,锁就被释放</p>
</blockquote>
<p><strong>java sybcgrinized是重量级锁的原因</strong>：Java的线程是映射到操作系统的原生线程之上的,如果要阻塞或唤醒一个线程,都需要操作系统来帮忙完成,这就需要从用户态转换到核心态中,因此状态转换需要耗费很多的处理器时间。对于代码简单的同步块(如被synchronized修饰的getter()或setter()方法),状态转换消耗的时间有可能比用户代码执行的时间还要长。所以synchronized是Java语言中一个重量级(Heavyweight)的操作,有经验的程序员都会在确实必要的情况下才使用这种操作</p>
<ul>
<li><strong>注意</strong>：互斥同步最主要的问题就是进行线程阻塞和唤醒所带来的性能问题,因此这种同步也称为阻塞同步(Blocking Synchronization)：互斥同步属于一种悲观的并发策略,总是认为只要不去做正确的同步措施(例如加锁),那就肯定会出现问题,无论共享数据是否真的会出现竞争,它都要进行加锁(这里讨论的是概念模型,实际上虚拟机会优化掉很大一部分不必要的加锁)、用户态核心态转换、维护锁计数器和检查是否有被阻塞的线程需要唤醒等操作</li>
</ul>
<p><strong>非阻塞同步</strong>:硬件指令集的发展,出现基于冲突检测的乐观并发策略,通俗地说,就是先进行操作,如果没有其他线程争用共享数据,那操作就成功了;如果共享数据有争用,产生了冲突,那就再采取其他的补偿措施(最常见的补偿措施就是不断地重试,直到成功为止),这种乐观的并发策略的许多实现都不需要把线程挂起,因此这种同步操作称为非阻塞同步(Non-Blocking Synchronization)</p>
<blockquote>
<p>引申非阻塞的实现CAS：CAS指令需要有3个操作数,分别是内存位置(在Java中可以简单理解为变量的内存地址,用V表示)、旧的预期值(用A表示)和新值(用B表示)。CAS指令执行时,当且仅当V处的值符合旧预期值A时,处理器用新值B更新V处的值,否则它就不执行更新,但是无论是否更新了V处的值,都会返回V的旧值,上述的处理过程是一个原子操作。</p>
</blockquote>
<p><strong>JDK1.5之后,Java程序中才可以使用CAS操作</strong>：操作由sun.misc.Unsafe类里面的compareAndSwapInt()和compareAndSwapLong()等几个方法包装提供，我们只能通过其他的JavaAPI来间接使用它,如J.U.C包里面的整数原子类,其中的compareAndSet()和getAndIncrement()等方法都使用了Unsafe类的CAS操作</p>
<ul>
<li><strong>CAS缺点</strong></li>
</ul>
<ol>
<li>ABA问题。因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。</li>
<li>循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。</li>
<li>只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。共享变量来操作。</li>
</ol>
<h3 id="无需线程同步方案"><a href="#无需线程同步方案" class="headerlink" title="无需线程同步方案"></a>无需线程同步方案</h3><p>有些有一些代码天生就是线程安全的,笔者简单地介绍其中的两类：无需同步方案：有些有一些代码天生就是线程安全的,笔者简单地介绍其中的两类</p>
<ol>
<li>可重入代码(Reentrant Code):不依赖存储在堆上的数据和公用的系统资源、用到的状态量都由参数中传入、不调用非可重入的方法</li>
<li>线程本地存储(Thread Local Storage):线程唯一变量，java中的java.lang.ThreadLocal类来实现线程本地存储的功能</li>
</ol>
<blockquote>
<p>ThreadLocal实现原理</p>
</blockquote>
<p>一个线程的Thread对象中都有一个ThreadLocalMap对象,这个对象存储了一组以ThreadLocal.threadLocalHashCode为键,以本地线程变量为值的K-V值对,ThreadLocal对象就是当前线程的ThreadLocalMap的访问入口,每一个ThreadLocal对象都包含了一个独一无二的threadLocalHashCode值,使用这个值就可以在线程K-V值对中找回对应的本地线程变量。</p>

      
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  <span class="author" itemprop="copyrightHolder">kyssion</span>

  
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